[發明專利]一種基于新息自適應擴展卡爾曼的PMSM無位置傳感器控制方法

在審

• 申請號: 202210479783.0
• 申請日: 2022-05-05
• 公開（公告）號: CN114944801A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 蘭志勇;李延昊
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P21/20;H02P21/22;H02P21/24;H02P21/13;H02P25/022;H02P27/12;H02P6/18;H02P6/34
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1.一種基于新息自適應擴展卡爾曼的PMSM無位置傳感器控制方法在電機全速域實現無位置傳感器的控制方法，包括以下步驟：

(1)采集三相電流信號作為clark變換的輸入，其輸出i_α、i_β為擴展卡爾曼的輸入信號。在對PMSM數學模型進行離散化與線性化處理后，結合擴展卡爾曼方程，建立擴展卡爾曼濾波器的狀態方程。

(2)采用迭代計算方法對PMSM的轉速信號ω_e與轉子位置θ進行估計。考慮量測與系統噪聲對狀態方程的影響，計算出當前時刻的預估值。在此基礎上，綜合雅可比矩陣完成誤差協方差陣的計算，再結合量測矩陣完成卡爾曼增益矩陣的計算。

(3)本發明在得到卡爾曼增益矩陣后，通過調整卡爾曼增益，選取估計值與真實值的占比，從而修正步驟(2)中的預估值。再結合卡爾曼增益與量測矩陣更新誤差協方差矩陣的值。

(4)在傳統擴展卡爾曼的基礎上，對擴展卡爾曼中的新息序列計算設置加權系數，并將其導入到擴展卡爾曼增益的計算中，在干擾發生時，調整臨近序列的比重，從而降低干擾量對狀態估計的影響。

2.根據權利要求1所述的一種基于新息自適應擴展卡爾曼的PMSM無位置傳感器控制方法，其特征是在于(1)中所述擴展卡爾曼濾波狀態方程的建立過程為：

A1：基于靜止坐標系，搭建永磁同步電機的數學模型，以i_α、i_β作為系統的狀態變量。

式中，R_s為定子電阻；ω_e為轉子電角速度；ψ_f為永磁體磁鏈；i_α和i_β分別為定子電流α、β軸分量；u_α和u_β分別為定子電壓α、β軸分量，θ為轉子位置角。

A2：在A1基礎上，建立狀態方程與觀測方程

式中，f(x)為系統狀態矩陣，x＝[i_α,i_β,ω_e,θ]^T為狀態變量，B為系統輸入矩陣；H為輸出矩陣；w、v分別為系統誤差和量測誤差，且兩者是互不相關的高斯白噪聲。

A3：結合A2的狀態與觀測方程，建立擴展卡爾曼的狀態方程如下：

其中x為狀態變量，y為輸出量，B為系統輸入矩陣，H為輸出矩陣，v為高斯白噪聲，T_s為采樣周期，上標“^”代表估計值，k|k-1表示從k-1時刻到k時刻的狀態遷移。

3.根據權利要求1所述的一種基于新息自適應擴展卡爾曼的PMSM無位置傳感器控制方法，其特征在于：權利1中所述的擴展卡爾曼濾波器在永磁同步電機的無傳感器矢量控制中，其輸入量為經Park變換后得到的靜止坐標系下的i_α、i_β，結合權利要求2中的擴展卡爾曼狀態方程，采用迭代計算進行狀態估計，其輸出為轉速信號ω_e與轉子位置θ。整個預測過程分為為預估值計算、誤差協方差陣計算、卡爾曼增益矩陣計算、預估值修正、誤差協方差陣更新5步，具體步驟如下：

K_k|k-1＝P_k|k-1H^T[HP_k|k-1H^T+R]^-1

P_k|k＝(I-K_k|k-1H)P_k|k-1。

4.根據權利要求1所述的一種基于新息自適應擴展卡爾曼的PMSM無位置傳感器控制方法，其特征在于：對擴展卡爾曼的新息序列的計算中設置加權系數，在干擾發生時，調整臨近時刻的新息序列占比，并在新息計算中考慮到干擾分量，最終導入到卡爾曼增益矩陣計算中。其新息序列的計算與卡爾曼增益矩陣計算如下：

。

5.根據權利要求1所述的一種基于新息自適應擴展卡爾曼的PMSM無位置傳感器控制方法，其特征在于：將加權后的新息序列導入到卡爾曼增益的計算，在此基礎上，對傳統擴展卡爾曼算法進行改進，自適應擴展卡爾曼的計算公式如下：

系統輸出為PMSM的轉速與轉子位置，其值作為速度PI調節器與電流PI調節器的輸入，與逆變器、電源等其他模塊組成PMSM的無傳感器矢量控制系統。